đồ án: ĐIỀU KHIỂN THIẾT LẬP PHIÊN TRONG PHÂN HỆ IMS

đồ án:ĐIỀU KHIỂN THIẾT LẬP PHIÊN TRONG PHÂN HỆ IMSMỤC LỤCMỤC LỤCiDANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂUiiiTHUẬT NGỮ VIẾT TẮTvLỜI NÓI ĐẦU1CHƯƠNG I: PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP – IMS21.1. Khái niệm về IMS21.2. Lịch sử phát triển của IMS31.3. Các thực thể chức năng trong mạng lõi IMS51.3.1. Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF)51.3.2. Chức năng định vị thuê bao (SLF)101.3.3. Server thuê bao thường trú (HSS)101.3.4. Server ứng dụng (AS)111.3.5. Chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGCF)131.3.6. Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF)141.3.7. Chức năng tài nguyên phương tiện (MRF)141.4. Kết luận15CHƯƠNG II : GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN PHIÊN SIP162.1. Mô tả phiên và SDP162.2. Mô hình Offer/Answer172.3. Địa chỉ SIP URI182.4. Vị trí người dùng182.5. Các thực thể SIP192.6. Định dạng bản tin212.6.1. Dòng start212.6.2. Các trường tiêu đề222.6.3. Phần thân bản tin232.7. Phiên hội thoại SIP242.8. Mở rộng SIP252.9. Kết luận27CHƯƠNG III: ĐIỀU KHIỂN THIẾT LẬP PHIÊN TRONG PHÂN HỆ IMS283.1. Những yêu cầu đầu tiên cho sự hoạt động trong phân hệ IMS283.1.1. Mạng truy nhập kết nối IP293.1.2. Tìm kiếm P-CSCF313.1.3. Đăng ký mức IMS (mức ứng dụng)323.1.3.1. Đăng ký IMS với một ISIM.333.1.3.2. Đăng ký IMS với một USIM423.2. Điều khiển thiết lập phiên trong phân hệ IMS463.2.1. Thiết bị đầu cuối IMS gửi đi một bản tin INVITE Request493.2.2. P-CSCF phía khởi tạo xử lý bản tin INVITE request543.2.3. S-CSCF phía khởi tạo xử lý bản tin INVITE request553.2.4. I-CSCF phía kết cuối xử lý bản tin INVITE request583.2.5. S-CSCF phía kết cuối xử lý bản tin INVITE request593.2.6. P-CSCF phía kết cuối xử lý bản tin INVITE request593.2.7. Thiết bị đầu cuối phía bị gọi xử lý bản tin INVITE request603.2.8. Xử lý bản tin trả lời 183633.2.9. Thiết bị đầu cuối IMS phía người gọi xử lý bản tin trả lời 183653.2.10. Thiết bị đầu cuối phía bị gọi xử lý PRACK request683.2.11. Thông báo tới phía gọi chấp nhận phiên693.3. Kết luận73KẾT LUẬN74TÀI LIỆU THAM KHẢO75 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1.1. Mô hình kiến trúc phân lớp IMS.3Hình 1.2. Mô hình chức năng của phân hệ IMS5Hình 1.3. Sơ đồ kết nối các SCSF.6Hình 1.4. Vị trí HSS trong phân hệ IMS.10Hình 1.5. Vị trí của server ứng dụng (AS) trong IMS.11Hình 1.6. Mô hình các loại server ứng dụng.12Hình 1.7. Liên kết nối trong IMS và PSTN.13Hình 1.8. Chức năng BGCF trong IMS.14Hình 2.1. Thiết bị đầu cuối thiết lập phiên qua mạng IMS.16Hình 2.2. Mô tả phiên SDP.17Hình 2.3. Mô tả phiên SDP của Bob.18Hình 2.4. Mô tả quá trình đăng ký vị trí của Alice với registrar tên miền .com19Hình 2.5. Mô tả hoạt động của proxy forking.20Hình 2.6. Mô tả hoạt động của server chuyển hướng cuộc gọi.20Hình 2.7. Mô tả phiên hội thoại SIP sử dụng Record-Route, Route và Contact.24Hình 2.8. Mô tả quá trình thương lượng mở rộng trong SIP.26Hình 3.1. Mô tả những điều kiện cần để thực hiện dịch vụ IMS.29Hình 3.2. Mô tả truy nhập kết nối IP trong GPRS.30Hình 3.3. Thủ tục tìm kiếm P-CSCF dựa trên DHCP và DNS.32Hình 3.4. Đăng ký ở mức IMS.33Hình 3.5. Cấu trúc bản tin REGISTER gửi từ thiết bị IMS đến P-CSCF35Hình 3.6. Định dạng bản tin REGISTER được gửi từ I-CSCF đến S-CSCF.37Hình 3.7. Mô tả định dạng một bản tin trả lời SIP 401 Authorized.38Hình 3.8. Mô tả bản tin REGISTER thứ hai được gửi từ thiết bị IMS đến P-CSCF.39Hình 3.9. Mô tả bản tin REGISTER thứ hai được gửi từ I-CSCF đến S-CSCF.40Hình 3.10. Cấu trúc cơ bản của profile dịch vụ.41Hình 3.11. Mô tả bản tin 200 OK gửi từ P-CSCF về phía người dùng.42Hình 3.12. Mô tả cấu trúc số IMSI.43Hình 3.13. Mô tả định dạng bản tin REGISTER khi người dùng sử dụng USIM45Hình 3.14. Mô tả bản tin 200 OK được gửi từ P-CSCF đến người dùng.46Hình 3.15. Sơ đồ mô tả quá trình thiết lập phiên truyền thông cơ bản (1).47Hình 3.16. Sơ đồ mô tả quá trình thiết lập phiên truyền thông cơ bản (2).48Hình 3.17. Mô tả bản tin INVITE khởi tạo từ phía thiết bị đầu cuối.50Hình 3.18. Mô tả bản tin INVITE được gửi từ P-CSCF đến S-CSCF.56Hình 3.19. Các thủ tục DNS để cấp phát một SIP server trong mạng kết cuối.57Hình 3.20. Mô tả bản tin INVITE được nhận bởi thiết bị đầu cuối bị gọi.62Hình 3.21. P-CSCF phía bị gọi xử lý bản tin trả lời tạm thời 183 (Session Progress).64Hình 3.22. Mô tả bản tin PRACK gửi từ thiết bị đầu cuối phía gọi đến P-CSCF.67Hình 3.23. Mô tả nội dung bản tin UPDATE gửi từ thiết bị đầu cuối phía gọi.69Hình 3.24. Nội dung bản tin 180 Ringing gửi từ thiết bị đầu cuối phía bị gọi.71Hình 3.25. Nội dung bản tin 200 OK xác nhận phía bị gọi chấp nhận phiên.72Hình 3.26. Mô tả bản tin ACK xác nhận phía gọi đã nhận được bản tin 200 OK.72Bảng 2.1 Danh sách mã trạng thái.22Bảng 2.2. Các phương thức SIP.22 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Trang 1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I

ĐIỀU KHIỂN THIẾT LẬP PHIÊN

TRONG PHÂN HỆ IMS

Nội dung đồ án:

 Khái niệm và một số thành phần cơ bản của phân hệ IMS tham gia vào quá trình thiết lập phiên

 Giao thức SIP và các mở rộng cho IMS

 Điều khiển thiết lập phiên trong IMS

Ngày giao đồ án : / / 2008

Ngày nộp đồ án : / / 2008

Ngày tháng năm 2008 Người hướng dẫn

ThS Nguyễn Thị Thu Hằng

Trang 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Điểm : (Bằng chữ : )

Ngày tháng năm 2008 Người hướng dẫn

ThS Nguyễn Thị Thu Hằng

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Điểm : (Bằng chữ : )

Ngày tháng năm 2008 Người phản biện

Trang 4

MỤC LỤC

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU iii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v

3.1.3.1 Đăng ký IMS với một ISIM 33

3.1.3.2 Đăng ký IMS với một USIM 42

KẾT LUẬN 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

Trang 5

Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình vẽ và bảng biểu

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Danh sách mã trạng thái 21Bảng 2.2 Các phương thức SIP 22

Nguyễn Trọng Toàn – D2004VT2 iii

Trang 6

Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt

Nhận thực, trao quyền và thanh toán

ALG Application Layer Gateway Gateway lớp ứng dụng

API Application program interface Giao diện lập trình ứng dụng

B2BUA Back–to–Back User Agent Tác nhân người dùng B2B

BGCF Breakout gateway control

Mobile Network services

Enhanced Logic

CDR Call Detailed Records Các bản ghi chi tiết cuộc gọi

CSCF Call Session Control Function Chức năng điều khiển phiên cuộc gọiDHCP Dynamic Host Configuration

Protocol

Giao thức cấu hình host động

DNS Domain Name System Hệ thống tên miền

DSL Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số

ETSI European Telecommunications

Standard Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông của Châu Âu

GGSN Gateway GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS cổng

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ gói vô tuyến chung

GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu

HLR Home Location Register Thanh ghi thường trú

HSS Home Subscriber Server Máy chủ phục vụ cho thuê bao của

mạng thường trúHTTP HyperText Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản

I-CSCF Interrogating – CSCF CSCF – truy vấn

IDSL ISDN Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số ISDN

IETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kỹ thuật Internet

IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

IMSI International Mobile Subscriber Nhận dạng thuê bao di động quốc tế

Trang 7

Identifier

IP Internet Protocol Giao thức Inernet

IP-CAN IP-Connectivity Access Network Mạng truy nhập kết nối IP

ISDN Intergrated Serviec Digital

Network

Mạng số tích hợp đa dịch vụ

ISIM IMS Subcriber Identifier Module Modul nhận dạng thuê bao IMS

ITU-T International Telecommunication

MMS Multimedia Message Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

MRF Media Resource Function Thực thể chức năng quản lý tài

nguyên và phương tiệnMRFC Multimedia Resource Function

Bộ xử lý tài nguyên đa phương tiện

NAT Network Address Translator Bộ biên dịch địa chỉ mạng

OMA Open Mobile Alliance Liên minh di động mở

OSA Open Services Architecture Kiến trúc dịch vụ mở

PDA Personal Digital Assistant Thiết bị số hỗ trợ cá nhân

PDF Policy Decision Function Chức năng quyết định chính sách

PDP Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

PSTN Public Switched Telephone

SDP Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

Trang 8

SIM Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SIP UA SIP User Agent Tác nhân khách hàng SIP

SIP URI SIP Uniform Resource Identifier Nhận dạng tài nguyên thống nhất SIPSLF Subscriber Locator Function Chức năng định vị thuê bao

SS7 Signaling System #7 Hệ thống báo hiệu số 7

SSF Service Switching Function Chức năng chuyển mạch dịch vụ

TrGW Transition Gateway Gateway trung chuyển

UAA Diameter

User-Authentication-Answer

Trả lời nhận thực người dùng Diameter

UAR Diameter

User-Authentication-Request

Yêu cầu nhận thực người dùng Diameter

UICC Universal Integrated Circuit Card Thẻ mạch tích hợp toàn cầu

UMTS Universal Mobile

Telecommunication System

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

URI Uniform Resource Identifier Nhận dạng tài nguyên đồng nhất

URL Universal Resource Locator Định vị tài nguyên toàn cầu

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access

Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng vô tuyến

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của xã hội là nhu cầu thông tin ngày càng lớn của con người Hiện tại và trong thời gian tới, nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ thoại, phi thoại, Internet và đặc biệt là các loại hình dịch vụ băng rộng và đa phương tiện ngày một gia tăng Để thỏa mãn nhu cầu đó, mạng viễn thông đòi hỏi phải có cấu trúc hiện đại, linh hoạt và có tổ chức đơn giản nhưng có nhiều chức năng Mạng, dịch vụ

và đầu cuối phải được tích hợp thì mới có khả năng cung cấp dịch vụ băng rộng đa phương tiện cho khách hàng Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) là phần mạng được xây dựng bổ sung cho các mạng hiện tại nhằm thực hiện nhiệm vụ hội tụ mạng và cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng đầu cuối

Khi nói về các dịch vụ IMS, người ta nói về các phiên đa phương tiện bao gồm video, audio, và thoại Người ta cũng nói về việc hỗn hợp các loại phương tiện đó

Nguyễn Trọng Toàn – D2004VT2 vii

Trang 9

trong một phiên truyền thông, và vì thế dĩ nhiên là cả khả năng sử dụng các dịch vụ đó khi người dùng chuyển vùng mạng Tuy nhiên, quan trọng nhất đối với IMS không phải là các phương tiện đó truyền ra sao, mà là điều khiển quá trình thiết lập và thoả thuận phiên truyền thông diễn ra như thế nào Phiên muốn thiết lập phù hợp với yêu cầu của khách hàng cần có một giao thức điều khiển phiên, đóng vai trò trung gian trong các thoả thuận của khách hàng về phiên mà họ muốn thiết lập SIP, giao thức thiết lập phiên của IETF (RFC 3261) đã được lựa chọn cho mục đích này Việc tìm hiểu quá trình điều khiển thiết lập phiên thông qua SIP chính là nội dung trọng tâm của

đồ án này Để thực hiện được yêu cầu này, đồ án “Điều khiển thiết lập phiên trong phân hệ IMS” sẽ bao gồm các nội dung sau:

 Khái niệm và một số thành phần cơ bản của phân hệ IMS tham gia vào quá trình thiết lập phiên.

 Giao thức SIP và các mở rộng cho IMS.

 Điều khiển quá trình thiết lập phiên trong IMS sử dụng giao thức SIP

Mặc dù đã nỗ lực tìm hiểu để hoàn tất các nội dung đề ra, nhưng do còn những hạn chế về thời gian và hiểu biết của bản thân nên đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn để phục vụ thêm cho công tác học tập của mình trong tương lai

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS Nguyễn Thị Thu Hằng, người đã tận

tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này

Sinh viên Nguyễn Trọng Toàn

Nguyễn Trọng Toàn – D2004VT2 viii

Trang 10

Đồ án tốt nghiệp đại học Phân hệ đa phương tiện IP - IMS

CHƯƠNG I: PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP – IMS

Để tiến hành tìm hiểu quá trình thiết lập phiên trong phân hệ IMS, đòi hỏi phải hiểu rõ về các thành phần tham gia vào phiên, các giao thức được trao đổi giữa các thành phần đó cùng các tham số theo yêu cầu của các bên tham gia phiên truyền thông Mục đích của chương này là cung cấp cho người đọc một cái nhìn khái quát về phân

hệ IMS, trong đó tập trung vào chức năng của các thành phần trong lõi phân hệ IMS, những thành phần sẽ tham gia trực tiếp vào quá trình thiết lập phiên

1.1 Khái niệm về IMS

Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) là một kiến trúc chung để cung cấp các dịch vụ

đa phương tiện và thoại trên nền IP Nó là một nền tảng độc lập truy nhập, hỗ trợ các loại hình truy nhập khác nhau như GSM, WCDMA, CDMA2000, WLAN hay các công nghệ hữu tuyến băng rộng (xDSL) IMS hứa hẹn sẽ làm cho các công nghệ của Internet như duyệt web, email, tin nhắn nhanh, truyền hình hội nghị,… có mặt mọi nơi, mọi lúc và mọi địa điểm Ngoài ra, IMS sẽ hứa hẹn mang đến cho nhà khai thác viễn thông khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ phong phú hơn bao gồm:

- Dịch vụ hiện diện (Presence),

- Dịch vụ hình ảnh song công,

- Dịch vụ tin nhắn nhanh,

- Dịch vụ tin nhắn hợp nhất,

- Dịch vụ quảng cáo đa phương tiện,

- Dịch vụ game đa người chơi,

- Dịch vụ truyền hình hội nghị,

- Các dịch vụ Push-to như : push-to-talk, push-to-view, push-to-video

IMS là một kiến trúc hệ thống mở và có khả năng hội tụ mạng cố định và không dây nhờ thực hiện cấu trúc phân lớp độc lập nhau Kiến trúc này được mô tả trong hình 1.1 với 3 lớp là: lớp dịch vụ, lớp điều khiển và lớp mang

Lớp đầu tiên là lớp mang (lớp truyền tải), truyền tải dung lượng báo hiệu và dữ liệu Lớp này bao gồm các Switch, Router, Media Gateway, Media Server Lớp này có thể kết nối tới nhiều loại mạng khác nhau:

- Các mạng di động 3G (UMTS, CDMA, WCDMA)

- Các mạng IP nối dây (xDSL) và không dây (WLAN, WiMax)

- Các mạng PSTN, GPRS, …

Trang 11

Lớp thứ hai là lớp điều khiển Bao gồm các phần tử của mạng báo hiệu (CSCF, HSS, MGCF…) có khả năng điều khiển phiên chung, điều khiển luồng dữ liệu và điều khiển luồng truy nhập thông qua các giao thức báo hiệu như SIP, Diameter, H.248 Lớp này là mạng lõi của IMS

Hình 1.1 Mô hình kiến trúc phân lớp IMS.

Lớp thứ ba là lớp dịch vụ Lớp này bao gồm các Server ứng dụng (AS) như server ứng dụng SIP, server truy nhập dịch vụ dành cho nhà cung cấp thứ 3 và các điểm điều khiển dịch vụ IMS điều khiển dịch vụ thông qua mạng thuê bao thường trú

và các thành phần mạng báo hiệu trong lớp dịch vụ và lớp điều khiển

IMS sử dụng hai phương thức báo hiệu chính SIP và Diameter Giao thức SIP dùng để thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên Giao thức Diameter dùng để nhận thực, trao quyền và thanh toán (AAA) IMS sử dụng giao thức SCTP, TCP và UDP để truyền tải giao thức báo hiệu và sử dụng các phương pháp IPsec, HTTP, …

1.2 Lịch sử phát triển của IMS

IMS ban đầu do tổ chức 3GPP (tổ chức chuẩn hoá các công nghệ mạng thông tin

di động tế bào, bao gồm sự chuẩn hoá mạng di động thế hệ thứ 3 dựa trên sự phát triển của mạng lõi GSM và mạng truy nhập toàn cầu UTRAN) định nghĩa Nó xuất hiện đầu tiên trong phiên bản 3GPP Release5 (2002) và khi đó, giao thức khởi tạo phiên SIP –

do IETF định nghĩa, đã được chọn làm giao thức chính cho IMS Sau đó, nó được tiếp tục phát triển trong các phiên bản phát hành R6 (2004) và R7 (2006) của chính tổ chức

Trang 12

này để bổ sung thêm một số tính năng mới như dịch vụ hiện diện và quản lý nhóm hiện diện, kết nối liên mạng với các hệ thống WLAN, CS (hệ thống chuyển mạch kênh), và truy nhập băng thông rộng

Một tổ chức chuẩn hoá khác, 3GPP2 cũng chuẩn hoá mô hình IMS của chính họ 3GPP2 là tổ chức chuẩn hoá mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 CDMA2000, là mạng 3G phát triển từ mạng 2G CDMA cho khu vực Bắc Mỹ và Châu Á Phiên bản đầu tiên của tổ chức này về IMS (năm 2004) được nói đến từ sau khi phiên bản IMS của 3GPP được chấp nhận rộng rãi Hai mạng IMS được định nghĩa bởi hai tổ chức là tương tự nhau, nhưng không hoàn toàn giống nhau 3GPP2 đã bổ sung thêm một số điều chỉnh cho phù hợp với các vấn đề riêng của họ Tuy vậy, mục đích cuối cùng của những sửa đổi đó là để các ứng dụng IMS có thể làm việc qua các kiến trúc hạ tầng mạng khác nhau

Bên cạnh 3GPP và 3GPP2, diễn đàn di động mở OMA (Open Mobile Alliance), cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các dịch vụ IMS Các dịch vụ được xây dựng phía trên cơ sở hạ tầng IMS bao gồm các dịch vụ tin nhắn nhanh (IM – Instant Message), dịch vụ hiện diện (Presence) và dịch vụ quản lý nhóm (Group Management) Phiên bản 1.0 định nghĩa các dịch vụ IMS trong OMA được phát hành vào 2/2005

Việc chuẩn hoá IMS của hai tổ chức 3GPP và 3GPP2 là dành cho các ứng dụng

di động và dựa trên nền tảng mạng di động 3G Tuy nhiên vào thời điểm hiện tại, mạng PSTN/ISDN đang phát triển rất phổ biến với số lượng thuê bao chiếm ưu thế hơn hẳn so với di động Mặt khác cùng thời điểm, mạng NGN được xem là xu hướng phát triển tất yếu của mạng viễn thông thế giới Vì thế, IMS sẽ là lựa chọn tối ưu trong việc xây dựng mạng NGN, cho phép hội tụ tất cả mạng hiện tại trên một nền tảng IP duy nhất ITU-T đã xây dựng mô hình IMS dựa trên sự kế thừa của mạng chuyển mạch kênh truyền thống, chủ yếu cung cấp dịch vụ thoại và dịch vụ đa phương tiện trên các thiết bị đầu cuối thuộc mạng PSTN và người dùng mạng IMS Mô hình này được mô tả trong khuyến nghị Y.2021 (09/2006) của tổ chức này

Sự phát triển của Internet thúc đẩy sự ra đời của mô hình IMS do tổ chức ETSI chuẩn hoá dựa trên nền tảng dịch vụ Internet Internet hiện nay đang phát triển với tốc

độ nhanh chóng và ngày càng chiếm ưu thế trên toàn cầu Tuy nhiên, công nghệ Internet không đảm bảo chất lượng đối với các dịch vụ thời gian thực và hướng kết nối Khi xây dựng mô hình IMS trên nền tảng mạng Internet, vấn đề chính là việc quản

lý và điều khiển chất lượng dịch vụ đối với các dịch vụ có yêu cầu QoS khác nhau Nhằm giải quyết vấn đề này, TISPAN (một nhóm kỹ thuật đặc trách của ETSI được

Trang 13

giao nhiệm vụ tạo ra các chuẩn NGN) đã thông qua chuẩn 3GPP IMS cho các ứng dụng dựa trên SIP nhưng có bổ sung thêm một số chức năng cho các ứng dụng non-SIP trong phiên bản NGN R1 của mình

Tuy nhiên đến đầu năm 2008, các tổ chức chuẩn hoá đã thống nhất rằng 3GPP sẽ

là tổ chức chuẩn hoá duy nhất chịu trách nhiệm cung cấp IMS cho tất cả các mạng

1.3 Các thực thể chức năng trong mạng lõi IMS

Chức năng chính của IMS là điều khiển phiên Sẽ không có các chức năng chuyển mạch trong mô hình IMS, bởi đơn giản IMS sẽ không quan tâm đến việc một thuê bao đã vào mạng như thế nào Đối với IMS, mạng truy nhập là hoàn toàn trong suốt Vì thế, mạng truy nhập có thể là bất kỳ mạng dùng dây, mạng không dây hay mạng VoIP nào Chỉ có các chức năng cổng (gateway) cho phép chuyển đổi các định dạng báo hiệu truyền thống (thường là SS7) sang báo hiệu SIP để giao tiếp với IMS Hình 1.2 mô tả các thành phần chức năng trong phân hệ IMS, kết nối giữa các thành phần chức năng và kết nối của chúng đến các mạng khác

Hình 1.2 Mô hình chức năng của phân hệ IMS

1.3.1 Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF)

Trung tâm và là trái tim của IMS là dựa trên chức năng này Điều khiển cuộc gọi

là chức năng cơ bản của lõi mạng Chức năng này thực tế được phân tán xuyên suốt mạng nhằm làm cho mạng hiệu quả hơn và có khả năng mở rộng hơn thay vì việc hỗ trợ chức năng này thông qua một mô hình tập trung Có 3 thực thể được định nghĩa chịu trách nhiệm điều khiển phiên cuộc gọi, đó là:

- P-CSCF : Proxy Call Session Control Function

Trang 14

- I-CSCF : Interrogating Call Session Control Function

- S-CSCF : Serving Call Session Control Function

Sự khác nhau giữa các thực thể này dựa trên mục đích riêng của nó và các thủ tục

mà nó thực hiện

Proxy CSCF (P-CSCF)

Điểm truy nhập đầu tiên vào IMS là P-CSCF P-CSCF hoạt động như một điểm truy nhập đến vùng SIP từ khía cạnh điều khiển phiên Nó là điểm tiếp xúc đầu tiên của thiết bị đầu cuối IMS (nghĩa là các phiên thiết lập được thực hiện đầu tiên thông qua P-CSCF) P-CSCF có thể được đặt ở trong mạng tạm trú (khi mạng tạm trú và thường trú đều là mạng IMS) hoặc trong mạng thường trú (khi mạng tạm trú không phải là mạng IMS)

P-CSCF có nhiệm vụ xác định làm thế nào để định tuyến các bản tin SIP đến/đi

từ thiết bị thuê bao Chẳng hạn, khi P-CSCF nhận một bản tin INVITE, nó sẽ phải quyết định xem bản tin này được gửi đến đâu Tiếp đó, I-CSCF sẽ là thực thể cung cấp định tuyến tiếp theo đến S-CSCF thích hợp dựa trên các thủ tục đăng ký

Hình 1.3 Sơ đồ kết nối các SCSF.

Nhằm phục vụ cho việc định tuyến và tính cước, P-CSCF sẽ tạo ra các CDR (các bản ghi chi tiết cuộc gọi) cho tất cả các phiên truyền thông đi qua nó P-CSCF sẽ bổ sung thêm các tiêu đề đến các bản tin yêu cầu hay đáp ứng trước khi chuyển tiếp nó đến CSCF kế tiếp Ngoài ra, P-CSCF cũng tạo ra số nhận dạng tính cước IMS (IMS Charging Identifier) được sử dụng trong các thủ tục tính cước liên quan đến phiên truyền thông vì P-CSCF là một điểm truy nhập vào IMS Các tiêu đề được bổ sung để các thực thể có thể trao đổi dữ liệu tính cước trong chính bản tin SIP mà không cần sự

hỗ trợ của các giao diện khác cho việc tính cước Các tiêu đề sử dụng cho việc tính cước sẽ không được chia sẻ với các mạng khác P-CSCF chỉ chuyển tiếp các tiêu đề cùng một miền mạng Điều này ngăn chặn các nhà cung cấp dịch vụ khác biết về thuê bao và nội dung sử dụng dịch vụ của các thuê bao đó

Từ khía cạnh bảo mật, P-CSCF là quyết định trong việc ngăn chặn truy nhập không được phép vào mạng Vì P-CSCF là một điểm truy nhập vào IMS, P-CSCF có thể được sử dụng để giám sát truy nhập của bất kỳ thiết bị nào vào mạng IMS Tuy nhiên, P-CSCF lại không thực thi nhận thực trong IMS, S-CSCF mới chịu trách nhiệm

Trang 15

cho việc nhận thực các thiết bị khi chúng cố gắng thiết lập một phiên mà chúng chưa đăng ký hay khi đang cố gắng đăng ký

Chức năng quyết định chính sách (PDF) có thể đặt trong P-CSCF và được sử dụng để thiết lập các chính sách truy nhập, điều khiển băng thông,… Nó cho phép nhà khai thác mềm dẻo hơn trong việc điều khiển QoS qua việc sử dụng các tài nguyên phương tiện

P-CSCF cũng có thể kiểm tra tuyến bằng việc xác minh rằng tuyến nhận được trong SIP request/response (được nhận dạng trong tiêu đề ROUTE) trùng với tuyến được nhận dạng khi một thiết bị đăng ký với mạng Nếu các tiêu đề tuyến không có địa chỉ phù hợp với địa chỉ được lưu bởi P-CSCF, khi đó tuyến đó sẽ được thay đổi bởi P-CSCF theo địa chỉ đươc lưu giữ trong P-CSCF Điều này ngăn chặn việc đánh cắp và trong một số trường hợp khi một hacker bắt giữ một bản tin SIP và sử dụng nó như một nhân bản để giành quyền truy nhập dịch vụ Điều này sẽ dẫn đến việc bản tin SIP nhận được bởi P-CSCF sẽ có tập địa chỉ khác với tập địa chỉ được lưu trong tiêu đề định tuyến của P-CSCF

Nếu một thiết bị mất liên kết trong mạng IP, P-CSCF sẽ cảnh báo và giải phóng tất cả các phiên trong IMS bằng việc gửi một bản tin CANCEL đến các thực thể tham gia vào phiên Vì P-CSCF là điểm tiếp xúc đầu tiên của tất cả thiết bị trong IMS, P-CSCF sẽ nhận biết tất cả phiên được tạo ra qua nó Trong nhiều trường hợp, P-CSCF

có thể đóng vai trò như một SIP UA khi đăng ký cảnh báo sự kiện hay một số đăng ký không liên quan đến phiên truyền thông Điều này xảy ra trong trường hợp P-CSCF khởi tạo các yêu cầu về phía Server ứng dụng (AS) hay S-CSCF

Ngoài ra, P-CSCF cũng cho phép nén và giải nén các bản tin SIP sử dụng SigComp để giảm thiểu thời gian xử lý qua các liên kết vô tuyến băng thông thấp.Như vậy, có thể xem P-CSCF như cổng để truy nhập vào mạng IMS Nó chịu trách nhiệm đảm bảo rằng thiết bị đang truy nhập mạng đã được đăng ký và được phép truy nhập vào mạng IMS, nhưng nó không thực thi nhận thực và cấp quyền P-CSCF xác định làm thế nào để định tuyến các bản tin SIP đến đích hợp lý, cho phép nhà khai thác duy trì một số mức chính sách theo yêu cầu riêng của mạng Nó được gán cho đến mỗi thiết bị đầu cuối IMS trong quá trình đăng ký và không thay đổi trong suốt quá trình tồn tại của đăng ký này

Interrogating I-CSCF (I-CSCF)

I-CSCF là một thực thể SIP khác phục vụ như một gateway cho mỗi miền IMS tự trị riêng I-CSCF được sử dụng để ẩn đi các chi tiết mạng từ các nhà khai khác và xác định tuyến trong miền tin cậy I-CSCF giúp bảo vệ S-CSCF và HSS từ các truy nhập không được phép bởi các mạng khác Khi S-CSCF chuyển tiếp một yêu cầu hay một

Trang 16

đáp ứng đến một mạng khác, bản tin sẽ được chuyển tiếp đến I-CSCF và sau đó được chuyển tiếp đến mạng đích I-CSCF trong mạng khác sau đó có nhiệm vụ nhận dạng vị trí của thuê bao đã được trỏ đến thông qua chức năng định vị thuê bao (định vị nghĩa là nhận dạng S-CSCF được gán cho người dùng cũng như HSS mà tại đó dữ liệu đăng ký của người dùng được lưu trữ)

Một chức năng quan trọng khác của I-CSCF là việc gán S-CSCF Có hai tùy chọn

để thực hiện điều này Một phương pháp là gán S-CSCF theo dịch vụ cần được hỗ trợ Chẳng hạn, nếu một hội nghị truyền hình được thiết lập, S-CSCF mà cung cấp truy nhập đến tài nguyên video sẽ được gán Nghĩa là máy chủ video có thể được đặt trong một trung tâm dữ liệu (datacenter) với một S-CSCF hỗ trợ dịch vụ video Tất cả thuê bao cho dịch vụ video khi đó sẽ được gán đến S-CSCF ở vị trí đó Một phương pháp tiếp cận khác là gán mỗi S-CSCF theo vị trí địa lý (nghĩa là các thuê bao sẽ được gán tài nguyên theo vị trí thường trú của họ

S-CSCF được gán bởi I-CSCF khi một thuê bao đăng ký với mạng I-CSCF sau

đó lưu thông tin này (cùng với thông tin định tuyến) trong suốt thời gian tồn tại của đăng ký Khi một I-CSCF nhận một chuỗi các yêu cầu/đáp ứng, nó chuyển tiếp chúng đến S-CSCF được gán trên cơ sở thông tin này Một đăng ký tiếp tục kéo dài cho đến khi thuê bao còn trong vùng dịch vụ Tuy nhiên, ngay khi thuê bao di chuyển đến cell khác, đăng ký sẽ bị thay đổi (bởi vì địa chỉ điểm cell đã bị thay đổi) Còn trong mô hình mạng dùng dây, cho đến khi thiết bị thuê bao còn duy trì địa chỉ IP, đăng ký vẫn còn có giá trị Khi thuê bao đó được gán một địa chỉ IP mới, thiết bị thuê bao sẽ phải đăng ký địa chỉ mới của nó Dĩ nhiên, mỗi đăng ký sẽ có một bộ định thời liên quan đến nó Nghĩa là mỗi đăng ký có một thời hạn, và khi đăng ký hết thời hạn, S-CSCF và HSS sẽ xóa đăng ký đó ra khỏi cơ sở dữ liệu Điều này ngăn chặn việc một thiết bị thuê bao đăng ký với mạng và sau đó ngắt kết nối mà không loại bỏ đăng ký Khi đó, hacker sẽ có cơ hội xâm nhập và lấy đi các tính năng của đăng ký

Để ngăn chặn việc lộ diện cấu hình mạng (số các S-CSCF, địa chỉ của các thực thể,…) đến các mạng không tin cậy, I-CSCF cung cấp chức năng giấu cấu hình mạng Giấu cấu hình dẫn đến việc loại bỏ đi một số các tiêu đề SIP nào đó để bảo vệ các

thành phần mạng trong đó Chẳng hạn, tiêu đề route gồm địa chỉ của tất cả thực thể

IMS được sử dụng để định tuyến gói tin Chúng có thể được sử dụng để nhận dạng số bước nhảy đến S-CSCF cũng như thông tin thuộc tính mạng mà nhà khai thác mạng không muốn chia sẻ với các mạng khác Nếu một hacker có thể bắt giữ tất cả các bản tin sử dụng một bộ phân tích giao thức, hacker sẽ sử dụng thông tin đó để xác định RTT (Round-Trip Time) trong mạng và tính toán các tham số khác để được sử dụng trong tấn công từ chối dịch vụ

Trang 17

Tóm lại, I-CSCF có thể xem là tường lửa để tiến vào mạng IMS, định tuyến giữa các mạng khác nhau, và bảo vệ các mạng khác truy nhập mạng IMS Chức năng của I-CSCF vì thế đóng vai trò quan trọng trong vấn đề bảo mật cho IMS

Serving CSCF (S-CSCF).

S-CSCF đóng vai trò trung tâm của IMS, nó điều khiển tất cả các khía cạnh dịch

vụ của một thuê bao, duy trì trạng thái của mỗi phiên do thuê bao đó khởi tạo Từ khía cạnh SIP, S-CSCF là một registrar, chịu trách nhiệm nhận thực tất cả các thuê bao, những người dùng muốn đăng ký vị trí của họ với mạng Khi được lệnh, S-CSCF sẽ bắt buộc thiết bị thuê bao gửi bản tin REGISTER mang khoá nhận thực và các chứng

từ thích hợp để trao quyền truy nhập dịch vụ

Sau khi một thiết bị thực hiện đăng ký, S-CSCF sẽ lưu trữ những thông tin bao gồm :

- Địa chỉ HSS

- Dữ liệu người dùng

- Địa chỉ P-CSCF (điểm truy nhập trong quá trình đăng ký)

- Miền P-CSCF ( trong trường hợp thiết bị truy nhập vào mạng từ mạng khác)

- Nhận dạng người dùng công cộng

- Nhận dạng người dùng cá nhân

- Địa chỉ IP của thiết bị

S-CSCF cũng chịu trách nhiệm kích hoạt dịch vụ bằng việc cung cấp truy nhập đến các server ứng dụng (AS) khác nhau trong mạng Chẳng hạn, nếu một thiết bị thuê bao đang cố gắng kết nối đến một hội nghị truyền hình, S-CSCF sẽ cung cấp kết nối đến các AS thích hợp theo đăng ký thuê bao (được định nghĩa trong HSS) và các yêu cầu phương tiện được định nghĩa trong giao thức mô tả phiên (SDP)

S-CSCF cũng đóng vai trò trong việc chuyển đổi địa chỉ Vì SIP định tuyến dựa trên SIP URI, bất kỳ TEL URI nào cũng đều phải chuyển đổi thành SIP URI Điều này cũng đúng khi định tuyến từ IMS sang PSTN S-CSCF sẽ chịu trách nhiệm truy nhập vào một ứng dụng ENUM/DNS để thực hiện chuyển đổi các địa chỉ đó thành SIP URI

và sau đó chuyển tiếp bản tin đến đích của chúng

S-CSCF hoạt động như một proxy và luôn phải duy trì trạng thái của tất cả các đăng ký và các phiên dưới quyền điều khiển của nó Vì S-CSCF biết trạng thái của phiên và đăng ký, nó có thể cập nhật thông tin cho các thực thể đã đăng ký dịch vụ thông báo sự kiện sử dụng phương thức SIP SUBCRIBE Bất kỳ khi nào trạng thái của một thiết bị thuê bao thay đổi, S-CSCF sẽ cảnh báo tới tất cả thực thể liên quan về thông tin thay đổi trạng thái này

Trang 18

Tóm lại, S-CSCF là hạt nhân của IMS, là lõi của mạng, cung cấp điểm điều khiển, cho phép nhà vận hành điều khiển tất cả các dịch vụ và phiên truyền thông trong mạng S-CSCF được triển khai trong mạng theo số lượng thuê bao và loại dịch

vụ được hỗ trợ và điều khiển bởi S-CSCF

1.3.2 Chức năng định vị thuê bao (SLF)

Chức năng này có thể được xây dựng bên trong chức năng khác, hoặc cũng có thể

là một server đứng riêng rẽ Mục đích của chức năng này là để định vị HSS và CSCF được gán cho một thuê bao riêng Khi P-CSCF cần định tuyến một yêu cầu cho một phiên truyền thông của một thuê bao đến S-CSCF thích hợp, P-CSCF sẽ truy nhập đến chức năng này để xác định S-CSCF nào được gán cho thuê bao đó Các thiết bị khác cũng có thể truy nhập đến chức năng này (như server ứng dụng cung cấp dịch vụ cho thuê bao đó)

S-1.3.3 Server thuê bao thường trú (HSS)

Trong phân hệ IMS, HSS đóng vai trò như là một nguồn tập trung dữ liệu thuê bao HSS lưu trữ dữ liệu người dùng liên quan như: các dịch vụ mà một thuê bao được phép truy nhập, các ID nhận dạng bao gồm các ID nhận dạng cá nhân và công cộng, các mạng mà thuê bao đó được phép chuyển vùng, và vị trí của thuê bao Khi một thuê bao đăng ký với mạng, S-CSCF sẽ truy nhập vào HSS để lấy dữ liệu người dùng Bất

cứ khi nào có một thay đổi trong đăng ký của một thuê bao, thông tin thay đổi đó sẽ được đẩy tới S-CSCF HSS sẽ gửi tất cả dữ liệu đăng ký thuê bao đến S-CSCF (thay vì phần thông tin thay đổi) S-CSCF sau đó sẽ thay thế tất cả dữ liệu đăng ký thuê bao mà

nó có với dữ liệu thuê bao do HSS gửi đến Mục đích của việc đăng ký này là để cung cấp vị trí cho một thuê bao Trong trường hợp mạng không dây, vị trí có thể là toạ độ GPS, cũng có thể là Cell ID Trong trường hợp mạng cố định, vị trí có thể là địa chỉ IP được gán cho thiết bị người dùng Mỗi lần thuê bao thay đổi vị trí, địa chỉ được gán ở mức IP sẽ thay đổi và phải được cập nhật trong bản đăng ký để phiên truyền thông có thể kết nối đến hợp lý Điều này tương tự mạng không dây khi thiết bị di động đăng kí với các chức năng VLR/HLR

Hình 1.4 mô tả vị trí của HSS và kết nối của HSS với các CSCF trong phân hệ

Hình 1.4 Vị trí HSS trong phân hệ IMS.

Trang 19

Một trong những chức năng quan trọng nhất của HSS là cung cấp khoá mã hoá

và khoá nhận thực cho mỗi đăng kí thuê bao Khi thiết bị thuê bao đăng kí với mạng, S-CSCF sẽ nhận thực thiết bị với các chứng từ hợp lệ được lưu trong HSS bằng cách truy vấn HSS để xác định các chứng từ hợp lệ nào nên được sử dụng trong suốt quá trình đăng kí Thiết bị thuê bao sau đó sẽ trao đổi bản tin REGISTER thứ hai chứa các chứng từ hợp lệ đó Chỉ có nhà cung cấp mạng và thiết bị thuê bao mới biết được những khoá đó là gì Chúng được lập trình nhúng vào thiết bị thuê bao (trên thẻ SIM của thiết bị) và HSS

Có thể có một vài HSS được triển khai trong một mạng IMS dựa trên số thuê bao

mà mạng đó hỗ trợ Tuy nhiên, chỉ S-CSCF trong cùng một mạng mới được phép truy nhập HSS trong mạng đó Điều này là do toàn bộ dữ liệu thuê bao được lưu trong HSS, việc cung cấp truy nhập HSS từ một miền mạng không tin cậy có thể sẽ là một lỗ thủng bảo mật và sẽ tạo cơ hội cho hacker đánh cắp ID của thuê bao

Như vậy, có thể xem HSS như là bộ não của hoạt động, bất kỳ dịch vụ nào mà một thuê bao được quyền sử dụng có thể tìm thấy ở thành phần chức năng này Tất cả thay đổi về đăng kí thuê bao sẽ được tiến hành tập trung tại đây Ngoài ra, HSS cho phép quản lí nhiều số nhận dạng dưới một đăng ký thuê bao chung Một đăng kí thuê bao có thể chỉ có một ID người dùng cá nhân, và có thể sẽ có nhiều ID người dùng công cộng Các ID nhận dạng dịch vụ cũng có thể được gán cho mỗi ID nhận dạng người dùng công cộng dựa trên một đăng kí thuê bao

Hình 1.5 Vị trí của server ứng dụng (AS) trong IMS.

AS sử dụng SIP và DIAMETER, giao diện trực tiếp với các CSCF khác nhau trong mạng Có nhiều mục đích sử dụng đối với AS như ứng dụng, phân phối dịch vụ,

Trang 20

phân phối nội dung, server hiện diện và thậm chí truyền hình hội nghị Tùy theo dịch

vụ thực tế, AS có thể hoạt động trong các chế độ SIP proxy, SIP UA và SIP B2BUA Ngoài ra, AS cũng có thể giao tiếp với các server ứng dụng khác, chẳng hạn, AS có thể hoạt động như một server tái định hướng tạo ra yêu cầu và gửi các đáp ứng đến các thực thể SIP khác trong IMS

Các dịch vụ cung cấp trên một AS sẽ được nhận dạng bởi các ID nhận dạng dịch

vụ (các địa chỉ của dịch vụ) Chúng tương ứng với các điểm truy nhập trong HSS mà tại đó người dùng đã đăng kí Mỗi đăng kí thuê bao được định nghĩa với tất cả ID người dùng có thể có và với các ID nhận dạng dịch vụ liên kết với mỗi ID người dùng

đó Điều này là cơ sở cho phép S-CSCF định tuyến các yêu cầu dịch vụ đến AS thích hợp

Có 3 loại server ứng dụng (AS) khác nhau được mô tả trong hình 1.6, đó là:

Hình 1.6 Mô hình các loại server ứng dụng.

- SIP AS: Đây là server ứng dụng điển hình, nơi đặt và thực thi các ứng dụng đa

phương tiện IP dựa trên SIP Các dịch vụ IMS mới sẽ được phát triển trên server ứng dụng này

- OSA-SCS (Server truy nhập dịch vụ mở): Đây là server ứng dụng cung cấp truy

nhập dịch vụ mở đến server ứng dụng OSA Nó kế thừa tất cả khả năng của OSA (các ứng dụng dịch vụ mở), đặc biệt là khả năng truy nhập IMS một cách

an toàn từ mạng ngoài Server ứng dụng này giao diện với S-CSCF sử dụng SIP

và giao diện với các OSA sử dụng các OSA API

- IM-SSF (chức năng chuyển mạch dịch vụ đa phương tiện): Đây là một server

ứng dụng đặc biệt, cho phép sử dụng các dịch vụ truyền thống trong môi trường dịch vụ CAMEL (CAMEL Service Environment)

Trang 21

Như vậy, cả 3 loại server ứng dụng này đều hoạt động như một server ứng dụng SIP (đóng vai trò SIP proxy, SIP UA, SIP Redirect và SIP B2BUA), ngoài ra, IM-SSF

và OSA-SCS còn đóng vai trò khác khi giao diện với CAMEL và OSA SIP AS và OSA-SCS giao tiếp với HSS dựa trên giao thức DIAMETER và được sử dụng để tải lên hay tải xuống dữ liệu liên quan đến người dùng được lưu trong HSS Riêng IM-SSF giao diện với HSS thông qua giao thức MAP

1.3.5 Chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGCF)

Chức năng này được nói đến ở đây bởi nó cung cấp truy nhập vào miền IP/SIP, mặc dù nó không thực sự được xem là một thành phần của IMS Hình 1.7 mô tả sơ đồ kết nối của MGCF trong phân hệ IMS MGCF sẽ được kết nối với hai SGW và MGW

để điều khiển hai thành phần này trong kết nối với mạng PTSN

Hình 1.7 Liên kết nối trong IMS và PSTN.

Khi một cuộc gọi được khởi tạo từ phía SS7 và kết thúc trong miền SIP, bản tin SS7 (ISUP) sẽ được gửi đến MGCF (chịu trách nhiệm chuyển đổi bản tin SS7 vào một yêu cầu SIP để chuyển tiếp nó đến P-CSCF) P-CSCF không hỗ trợ SS7, nó chỉ là một thiết bị SIP, vì thế, phải có một chức năng cung cấp chuyển đổi giữa các mạng, đó chính là MGCF

MGCF không thay thế P-CSCF, đúng hơn, nó liên kết cùng với nhau MGCF cung cấp kết nối đến mạng SS7, trong khi đó, P-CSCF sau đó sẽ chuyên chở các bản tin SIP khi phiên được chuyển tiếp vào mạng IMS MGCF chỉ giao diện với mạng SS7 trong cùng một miền mạng của nhà cung cấp dịch vụ, nghĩa là nếu nhà cung cấp dịch

vụ có cả mạng IMS và cả mạng truyền thống, MGCF sẽ chỉ giao tiếp giữa hai miền mạng đó mà không giao tiếp với mạng của nhà cung cấp dịch vụ khác

Trang 22

1.3.6 Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF)

BGCF hoạt động giống như MGCF nhưng là cổng phương tiện giao tiếp với mạng của nhà cung cấp dịch vụ khác MGCF giao diện với mạng SS7 trong cùng một miền mạng của nhà cung cấp dịch vụ, nhưng khi cần kết nối đến mạng của nhà cung cấp dịch vụ khác, nó giao tiếp thông qua BGCF BGCF cung cấp chức năng cổng chuyển mạng giữa các mạng với nhau Vì lý do bảo mật, nó chỉ giao tiếp với các BGCF khác của mạng khác BGCF cũng giao diện trực tiếp với S-CSCF trong cùng mạng, vì thế, khi một yêu cầu hay đáp ứng được chuyển tiếp đến mạng khác, S-CSCF

có thể chuyển tiếp bản tin trực tiếp đến BGCF Hình 1.8 mô tả chức năng của BGCF trong phân hệ IMS Trong hình này, BGCF được kết nối đến MGCF và S-CSCF

Hình 1.8 Chức năng BGCF trong IMS.

S-CSCF định tuyến đến BGCF theo địa chỉ TEL URI có trong request/response thông qua bảng định tuyến có trong S-CSCF Khi định tuyến một phiên vào mạng PSTN, S-CSCF sẽ không biết về cơ chế định tuyến trong mạng PSTN, khi đó nó sẽ dựa trên các dịch vụ của BGCF để định tuyến đến mạng PSTN

1.3.7 Chức năng tài nguyên phương tiện (MRF)

Có hai chức năng chính trong MRF là bộ điều khiển tài nguyên mạng (MRFC) và

bộ xử lý tài nguyên mạng (MRFP) Bộ xử lý quản lý các loại phương tiện khác nhau dưới sự điều khiển của bộ điều khiển

MRFC điều khiển luồng phương tiện trong bộ xử lý bằng việc thông dịch các yêu cầu được gửi bởi một server ứng dụng hay một S-CSCF Khi cung cấp dịch vụ, S-CSCF hay AS sẽ gửi một bản tin INVITE đến MRF, và MRF sau đó sẽ đáp trả và phân phối dịch vụ theo yêu cầu Trong trường hợp này, MRFC đóng vai trò như một UA kết cuối Ví dụ khi điều khiển phòng họp của một phiên hội nghị, MRFC sẽ gửi một bản tin “re-INVITE” đến người sử dụng Tạo phòng họp là một chức năng được sử dụng

Trang 23

trong hội nghị cho phép nhiều bên tham gia điều khiển ứng dụng, tuy nhiên tất cả các bên liên quan sẽ chỉ được xem các bản thuyết trình và chia sẻ tài liệu mà không thể điều khiển phiên họp cho tới khi bản tin “re-INVITE” được gửi đến họ

Ngoài ra trong mạng IMS còn có một số chức năng cổng cho phép mạng IMS có thể giao tiếp với các mạng truyền thống PSTN bao gồm: các cổng phương tiện (MGW) và cổng báo hiệu (SGW) Các cổng này được điều khiển tập trung thông qua MRCF

1.4 Kết luận

Việc tìm hiểu các thành phần chức năng trong phân hệ IMS là rất quan trọng trước khi đi sâu vào phân tích quá trình thiết lập phiên trong phân hệ IMS Mỗi thành phần sẽ có một số chức năng và yêu cầu riêng Vì thế, các bản tin khi đi qua chúng sẽ được xử lý khác nhau Tuy nhiên, để biết các thực thể chức năng xử lý các trường tiêu

đề trong bản tin như thế nào, cần hiểu rõ cấu trúc bản tin, nội dung mà trường tiêu đề

đó trong bản tin mang và đó cũng là nội dung của chương 2: Giao thức điều khiển phiên SIP

Trang 24

Đồ án tốt nghiệp đại học Giao thức điều khiển phiên SIP

CHƯƠNG II : GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN PHIÊN SIP

Nhiều người cho rằng thành phần quan trọng của mặt bằng báo hiệu là giao thức thực hiện điều khiển phiên Giao thức được chọn để thực hiện công việc này trong IMS đó là giao thức khởi tạo phiên SIP

Thiết kế ban đầu của SIP là để mời người dùng tham gia vào một cuộc họp đa phương tiện đang diễn ra, nhưng ngày nay nó được sử dụng chủ yếu để tạo ra, sửa đổi

và kết thúc các phiên truyền thông đa phương tiện Thêm vào đó, đã có các mở rộng SIP cho phép phân phối tin nhắn tức thời và điều khiển đăng ký thuê bao về các sự kiện

Nội dung của chương này sẽ tìm hiểu một số khái niệm, khía cạnh liên quan đến SIP và một số mở rộng của nó sử dụng trong IMS Để đơn giản, trong hình 2.1, chúng

ta sẽ xem xét giao thức này từ một phiên truyền thông được khởi tạo bởi Alice, và kết cuối ở Bob Cả Alice và Bob đều sở hữu các thiết bị đầu cuối hỗ trợ IMS

Hình 2.1 Thiết bị đầu cuối thiết lập phiên qua mạng IMS.

2.1 Mô tả phiên và SDP

Một mô tả phiên như tên gọi của nó, là một mô tả về phiên truyền thông được thiết lập Nó chứa đầy đủ thông tin cho người dùng đầu xa tham gia vào phiên truyền thông Trong các phiên truyền thông đa phương tiện qua Internet, thông tin này bao gồm địa chỉ IP và số hiệu cổng mà tại đó phương tiện cần được gửi đi và các codec được sử dụng để mã hoá thoại và hình ảnh của các bên tham gia phiên truyền thông

Mô tả phiên được tạo ra sử dụng các định dạng chuẩn Định dạng phổ biến nhất cho việc mô tả các phiên đa phương tiện là giao thức mô tả phiên SDP SDP đơn giản

là một định dạng text được mô tả trong hình 2.2 Nó bao gồm: một chủ đề hội thoại (Let’s talk about swimming techniques), địa chỉ IP của người gửi (Alice 192.0.0.1), số hiệu cổng mà Alice muốn nhận audio (20000), số hiệu cổng mà Alice muốn nhận video (20002) và các mã hoá codec mà Alice hỗ trợ (0 tương ứng với mã codec audio G.711 µ-law và 31 tương ứng với mã hóa codec video H.261)

Trang 25

và thời gian của phiên (dòng t=) Thông tin mức phương tiện là chỉ rõ luồng phương tiện, chứa dòng m= và một số các tùy chọn a= cung cấp thông tin nhiều hơn về luồng phương tiện đó Ở đây, phiên thiết lập có hai luồng phương tiện và, vì thế có hai dòng

m= Dòng a=sendrecv chỉ ra rằng luồng phương tiện là hai hướng (nghĩa là người

dùng gửi và nhận luồng phương tiện)

2.2 Mô hình Offer/Answer

Trong ví dụ đang xét, Alice đã gửi một mô tả phiên đến Bob chứa địa chỉ IP của Alice (địa chỉ IP và số hiệu cổng) Dĩ nhiên, những thông tin này không đủ để thiết lập phiên giữa họ Alice cũng cần biết địa chỉ truyền dẫn của Bob SIP cung cấp một mô

hình trao đổi SDP hai chiều được gọi là mô hình Offer/Answer Một trong hai người dùng (offerer) sẽ tạo ra mô tả phiên (offer) và gửi nó đến người dùng đầu xa (answerer) Người dùng đầu xa này, sau đó sẽ tạo ra một mô tả phiên mới (answer) và gửi nó đến offerer Sau khi trao đổi offer/answer, cả hai người dùng sẽ có một cái nhìn

chung về phiên truyền thông sẽ được thiết lập giữa họ Cả hai sẽ biết, ít nhất là định dạng phương tiện có thể sử dụng và địa chỉ truyền dẫn cho phiên này Ngoài ra, trao đổi offer/answer cũng cung cấp thông tin bổ sung, như khoá mật mã để mật mã hoá lưu lượng

Hình 2.2 trình bày answer mà Bob gửi đến Alice sau khi nhận được offer của

Alice trong hình 2.1 Địa chỉ IP của Bob là 192.0.0.2, số hiệu cổng mà tại đó Bob sẽ

Trang 26

nhận audio là 30000, số hiệu cổng mà tại đó Bob sẽ nhận video là 300002 Và trong trường hợp này, Bob cũng hỗ trợ cùng mã hoá codec cho audio và video như của Alice

(G.711 µ-law và H.261) Sau khi trao đổi offer/answer, tất cả chúng sẽ được thực hiện

để có một phiên hội thoại bằng video

Hình 2.3 Mô tả phiên SDP của Bob.

2.3 Địa chỉ SIP URI

SIP nhận dạng người dùng sử dụng các địa chỉ SIP URI, tương tự như địa chỉ email; chúng gồm một tên người dùng và một tên miền mạng Thêm vào đó, các địa chỉ SIP URI còn có thể chứa một số các tham số (như tham số truyền dẫn), được mã hoá sử dụng dấu “;” Sau đây là các ví dụ về địa chỉ SIP URI:

Alice có thể tìm thấy từ sip:Alice.Smith@domain.com cho dù vị trí hiện thời của cô ấy

là ở đâu Đây là URI công cộng của cô ấy Tuy nhiên, khi Alice truy cập vào địa chỉ

làm việc SIP URI của cô ấy là sip:asmith@ws1234.company.com hay khi đó cô ấy đang login vào máy tính ở trường đại học với địa chỉ SIP URI là sip:alice@pc12.university.edu Đòi hỏi phải có một cách để chuyển đổi địa chỉ công cộng URI của Alice sip:Alice.Smith@domain.com đến địa chỉ URI hiện thời mà cô ấy đang login vào ở bất

kỳ thời điểm nào SIP thực hiện điều đó thông qua một thành phần mạng gọi là registrar Một registrar sẽ điều khiển các request được đánh địa chỉ đến tên miền của

Trang 27

nó Vì thế các SIP request đã gửi đến sip:Alice.Smith@domain.com sẽ được điều khiển bởi SIP registrar ở tên miền com.

Mỗi lần Alice truy cập vào một vị trí mới, cô ấy sẽ đăng ký vị trí mới trong

registrar ở tên miền com Theo cách này, registrar ở tên miền com luôn luôn chuyển

tiếp request đến Alice dù cô ấy đang ở đâu Hình 2.4 mô tả quá trình đăng ký địa chỉ của Alice tại trường đại học với registrar tên miền com

Hình 2.4 Mô tả quá trình đăng ký vị trí của Alice với registrar tên miền com

2.5 Các thực thể SIP

Bên cạnh các registrar đã được giới thiệu ở trên, SIP còn định nghĩa các UA (tác nhân người dùng), các server proxy (các server định tuyến) và các server chuyển hướng (redirect server)

User Agent

Các UA là các điểm kết cuối SIP thường được điều khiển bởi một người dùng Các UA cũng có thể thiết lập phiên truyền thông một cách tự động mà không có sự can thiệp của người dùng (như SIP voicemail) Các phiên truyền thông được thiết lập thông thường giữa các UA Các UA có thể là một phần mềm chạy trên máy tính, một chiếc điện thoại SIP, một chiếc điện thoại để bàn, hay một số khác được nhúng trong thiết bị di động như laptop, PDA và điện thoại di động

Trang 28

tin đến một hay nhiều hơn một đích được gọi là các proxy Forking Hình 2.5 mô tả hoạt động của thực thể proxy Forking Theo đó, bản tin SIP đến proxy Forking sẽ được chuyển tiếp đến các địa chỉ alice@pc12.university.edu và alice@pda.com

Hình 2.5 Mô tả hoạt động của proxy forking.

Một Forking proxy có thể định tuyến các bản tin song song hay tuần tự Một ví

dụ của định tuyến song song là tín hiệu chuông rung lên đồng thời ở tất cả các điện thoại trong nhà Một ví dụ khác về định tuyến tuần tự là proxy có thể sẽ để UA rung chuông trong một khoảng thời gian nào đó và nếu người dùng không nhấc máy, nó sẽ

cố thử với UA mới

Redirect Server

Hoạt động của server chuyển hướng cuộc gọi được mô tả trong hình 2.6 Các server chuyển hướng cuộc gọi cũng được sử dụng để định tuyến các bản tin SIP, nhưng chúng không chuyển tiếp bản tin đến đích như các proxy thông thường đã thực hiện Thay vào đó, chúng chỉ thị cho thực thể gửi bản tin đi (một UA hoặc một proxy)

cố gắng thử một vị trí mới thay thế Một UA sẽ gửi một bản tin SIP đến

sip:Alice.Smith@domain.com và server chuyển hướng sẽ bảo nó cố gắng tìm kiếm một địa chỉ thay thế là sip:alice@pda.com.

Hình 2.6 Mô tả hoạt động của server chuyển hướng cuộc gọi.

Trang 29

2.6 Định dạng bản tin

SIP là giao thức dựa trên HTTP và vì thế là một giao thức request/response dạng text Các client sẽ gửi đi các request và các server sẽ trả lời bằng các response Một giao dịch SIP sẽ gồm một request từ một client, không có hoặc một số các bản tin response tạm thời, và response cuối cùng từ server Dưới đây là định dạng chung của các bản tin SIP:

Start line

A number of header fields

Empty line

Optional message body

Một bản tin SIP được bắt đầu bằng dòng start (dòng request trong các request và dòng status trong các response) Dòng start được theo sau bởi một số các trường tiêu

đề với định dạng name:value, một dòng trống phân cách các trường tiêu đề đó với

phần thân bản tin, và cuối cùng là phần thân (tùy chọn) của bản tin

2.6.1 Dòng start

Dòng start trong các bản tin SIP response là dòng status Dòng này chứa phiên

bản giao thức (SIP/2.0) và trạng thái của giao dịch (bao gồm mã trạng thái và cụm lý do) :

SIP/2.0 180 Ringing

Phiên bản giao thức luôn luôn được thiết lập thành SIP/2.0 Mã trạng thái 180 chỉ

ra rằng người dùng đầu xa đang được thông báo Ringing là cụm từ lý do và được hiển thị đến người dùng) Các response được phân loại dựa trên các mã trạng thái của chúng, bao gồm các số tự nhiên từ 199 đến 699 và ý nghĩa của nó được mô tả trong bảng 2.1

Dòng start trong các bản tin SIP request là dòng request Nó gồm tên phương thức Request-URI và phiên bản giao thức SIP/2.0 Tên phương thức chỉ mục đích của request và địa chỉ Request-URI chứa đích đến của request:

INVITE sip:Alice.Smith@domain.com SIP/2.0Tên phương thức trong ví dụ này là INVITE Nó chỉ ra rằng mục đích của request

này là để mời người dùng tham gia phiên truyền thông Request-URI cho thấy rằng

request này là dành cho Alice Bảng 2.2 tổng hợp một số phương thức SIP và ý nghĩa của chúng

Bảng 2.1 Danh sách mã trạng thái.

Trang 30

thiết lập phiên hội thoại với phía yêu cầu300-399 Redirection Bản tin được sử dụng để thông báo cho phía yêu

cầu là bản tin đã được chuyển hướng sang địa chỉ khác

400-499 Client error Bản tin thông báo rằng có một lỗi xảy ra tại từ phía

gửi và phía nhận không chấp nhận bản tin này500-599 Server error Lỗi từ server cung cấp dịch vụ cho thuê bao

600-699 Global failure Phiên bị lỗi và không có cách nào đến được thuê

bao

Bảng 2.2 Các phương thức SIP.

ACK Xác nhận thiết lập phiên

CANCEL Loại bỏ một request đang gửi

INFO Vận chuyển báo hiệu PSTN

INVITE Thiết lập phiên

NOTIFY Thông báo cho UA về một sự kiện riêng

OPTIONS Truy vấn server về khả năng của nó

PRACK Xác nhận việc nhận bản tin response tạm thời

PUBLISH Tải thông tin lên các server

REGISTER Chuyển đổi địa chỉ URI công cộng với vị trí

hiện thời của người dùngSUBCRIBER Yêu cầu được cảnh báo về một sự kiện riêng

UPDATE Chỉnh sửa một số đặc tính của phiên

MESSAGE Mang một tin nhắn tức thời

REFER Chỉ thị server gửi request

2.6.2 Các trường tiêu đề

Ngay sau dòng start, các bản tin SIP (cả request và response) sẽ chứa một tập các

trường tiêu đề Có một số trường tiêu đề bắt buộc xuất hiện trong mỗi bản tin và một

số trường tiêu đề tùy chọn chỉ xuất hiện khi cần Một trường tiêu đề sẽ gồm tên tiêu

đề, dấu “:” và giá trị của trường tiêu đề đó

To: Alice Smith <sip:Alice.Smith@domain.com>;tag=1234

Từ ví dụ trên, chúng ta có thể nhìn thấy, giá trị trường tiêu đề có thể gồm nhiều mục Trường tiêu đề To chứa tên hiển thị (Alice Smith), một địa chỉ SIP URI:

sip:Alice.Smith@domain.com và một tham số tag mang số hiệu bản tin Một số trường

tiêu đề có thể có nhiều hơn một điểm truy nhập trong cùng một bản tin như :

Trang 31

Route: <sip:p1.domain1.com>

Route: <sip:p34.domain2.com>

SIP Core có 6 trường tiêu đề bắt buộc xuất hiện trên mỗi bản tin SIP Chúng là To, From, Cseq, Call-ID, Max-Forwards, và Via.

- To: Trường tiêu đề này chứa địa chỉ URI đích của request Tuy nhiên, địa chỉ

URI này không được sử dụng để định tuyến request Nó được sử dụng cho người dùng dễ đọc và để phân loại mục đích sử dụng Tham số tag được sử dụng để phân biệt các UA khác nhau được định nghĩa với cùng địa chỉ URI (khi

sử dụng proxy forking)

- From: Trường tiêu đề này chứa URI của phía khởi tạo request, giống như

trường tiêu đề To, nó được sử dụng chủ yếu cho người dùng và cho việc phân loại mục đích sử dụng

- Cseq: Trường tiêu đề này chứa số thứ tự và tên phương thức Chúng được sử

dụng để phù hợp giữa các request và response

- Call-ID: Trường tiêu đề này cung cấp số nhận dạng duy nhất để trao đổi bản tin

SIP

- Max-Forwards: Trường tiêu đề này được sử dụng để tránh vòng lặp định

tuyến Mỗi proxy điều khiển một request sẽ giảm giá trị của nó đi một, và nếu

nó đạt giá trị 0, request đó sẽ bị loại bỏ

- Via: Trường tiêu đề này duy trì dấu vết của tất cả proxy mà một request chuyển

qua Bản tin trả lời sử dụng các điểm truy nhập Via đó để chúng chuyển qua

cùng proxy như request đã đi qua nhưng theo hướng ngược lại

2.6.3 Phần thân bản tin

Phần thân bản tin được phân tách từ các trường tiêu đề bởi các dòng trống Các bản tin SIP có thể mang bất kỳ loại thân bản tin nào Một tập các trường tiêu đề phía trên sẽ cung cấp thông tin về phần thân bản tin này như chiều dài, định dạng và nó được điều khiển như thế nào Chẳng hạn, trường tiêu đề sau :

Trang 32

thực tế, các UA có thể chọn mã hóa nội dung của phần thân của bản tin từ đầu cuối đến đầu cuối Trong trường hợp này, các proxy thậm chí sẽ không thể biết loại phiên nào sẽ được thiết lập giữa các UA

2.7 Phiên hội thoại SIP

Phiên hội thoại SIP được thiết lập giữa các thiết bị đầu cuối (các UA) và được chuyển tiếp thông qua các SIP proxy Hình 2.7 mô tả một phiên hội thoại đơn giản được thiết lập giữa Bob và Alice thông qua SIP proxy Một số các trường tiêu đề Record-Route, Route và Contact đã được sử dụng

Hình 2.7 Mô tả phiên hội thoại SIP sử dụng Record-Route, Route và Contact.

Trong hình 2.7, Bob và Alice sẽ trao đổi một số các bản tin SIP để thiết lập (và kết thúc) một phiên truyền thông Sự trao đổi tập các bản tin SIP giữa hai UA được gọi

là một phiên hội thoại SIP Ở đây, một phiên hội thoại SIP được thiết lập bởi giao dịch

“INVITE-200 OK” và được kết thúc bởi giao dịch “BYE-200 OK” Tuy nhiên, bổ sung bản tin INVITE là một số các phương thức khác có thể tạo ra phiên hội thoại Ví

dụ như phương thức SUBCRIBE cho phép các thực thể SIP đăng ký thông tin sự kiệnKhi một phiên hội thoại SIP được thiết lập (xét với phiên hội thoại INVITE), tất

cả các request kế tiếp trong phiên hội thoại đó sẽ sử dụng cùng một tuyến thông qua cơ

chế lưu trữ tuyến ở proxy sử dụng các trường tiêu đề: Record-Route, Route và Contact.

Trang 33

Ở hình 2.7, Alice sẽ thu trường tiêu đề Record-Route với URI của proxy trong

INVITE request (2) và Bob thu nó trong bản tin 200 OK response (4) Từ điểm này, cả

Bob và Alice sẽ chèn giá trị này vào tiêu đề Route trong request của họ, chỉ ra proxy cần đi qua ACK (5) và (6) là một ví dụ của bản tin request với trường tiêu đề Route

gửi từ Bob tới Alice Bản tin BYE (7) và (8) cho biết rằng các request ở phía đối diện

(nghĩa là từ Alice đến Bob) sử dụng cùng cơ chế Route.

2.8 Mở rộng SIP

Cơ chế thương lượng mở rộng của SIP sử dụng 3 trường tiêu đề sau: Supported, Require, và Unsupported Khi một phiên hội thoại SIP được thiết lập, UA Client sẽ liệt

kê tất cả tên của các mở rộng mà nó muốn để sử dụng cho phiên hội thoại trong trường

tiêu đề Require và tên của tất cả các mở rộng nó hỗ trợ mà không được liệt kê trước đó trong trường tiều đề Supported Tên của các mở rộng được gọi là các option tag.

UA Server sẽ xem xét trường tiêu đề Require và, nếu nó không hỗ trợ bất kỳ mở

rộng nào được liệt kê ở đây, nó sẽ gửi trả về một bản tin lỗi chỉ ra rằng phiên hội thoại

đó có thể không được thiết lập Bản tin lỗi này sẽ chứa trường tiêu đề Unsupported liệt

kê các mở rộng mà server UA đã không hỗ trợ

Nếu Server UA hỗ trợ tất cả các mở rộng được yêu cầu, nó sẽ quyết định xem nó

có muốn sử dụng thêm mở rộng nào cho phiên hội thoại đó nữa hay không và nếu có,

nó sẽ chứa thẻ tùy chọn (option tag) cho mở rộng đó trong trường tiêu đề của bản tin trả lời của nó Nếu option tag này được chứa trong trường tiêu đề Supported của

Client, phiên hội thoại sẽ được thiết lập Ngược lại, Client này sẽ không hỗ trợ mở rộng này (hoặc không giành được quyền sử dụng nó) Trong trường hợp này, Client sẽ

chứa mở rộng được yêu cầu bởi Server trong trường tiêu đề Require của một bản tin

trả lời lỗi Bản tin trả lời lỗi đó sẽ kết thúc quá trình thiết lập phiên hội thoại Hình 2.7

mô tả quá trình thương lượng các mở rộng trong SIP giữa Bob và Alice, các option tag này chỉ có ý nghĩa minh họa

Ở ví dụ đang xét, thương lượng mở rộng thành công giữa Bob và Alice Chúng

kết thúc thương lượng bằng việc sử dụng các mở rộng mà option tag hỗ trợ là foo1,

foo2, foo4

Trang 34

Hình 2.8 Mô tả quá trình thương lượng mở rộng trong SIP.

Các mở rộng của SIP bao gồm:

- Các phương thức mới: SIP định nghĩa khá nhiều phương thức, nhưng chỉ một

số trong đó là dùng cho SIP lõi, số còn lại được sử dụng như là các mở rộng : như OPTIONS, SUBCRIBER,…

- Mở rộng về khả năng của UA: Cho phép các UA cung cấp nhiều thông tin

hơn về chính chúng khi chúng đăng ký Một UA có thể chỉ ra: phương thức SIP

mà nó hỗ trợ, nó có hỗ trợ truyền thông video, audio và text hay không, nó được sử dụng cho mục đích kinh doanh hay cho mục đích cá nhân và nó được điều khiển bởi con người hay tự động (voicemail)… Các khả năng ban đầu của

UA được định nghĩa bởi IETF chỉ gồm một số thuộc tính đơn giản như hỗ trợ cho audio hoặc video, hoặc thiết bị là di động hay cố định

- Mở rộng sở thích của người gọi: Cho phép người gọi chỉ ra loại UA mà chúng

muốn kết nối đến Chẳng hạn, một người gọi có thể chỉ muốn nói chuyện với người (không sử dụng voicemail) hoặc có thể chỉ muốn trỏ đến UA có hỗ trợ khả năng video

- Độ tin cậy của các bản tin trả lời tạm thời: Khi chỉ có giao thức lõi được sử

dụng, các bản tin trả lời tạm thời SIP không được truyền tin cậy Chỉ có các bản tin request và response cuối cùng mới được xem là quan trọng và vì thế truyền tin cậy Tuy nhiên, một số ứng dụng cần đảm bảo rằng các bản tin trả lời tạm thời được vận chuyển tin cậy đến client (UAC) Bản tin INVITE request chứa

option tag là 100rel yêu cầu việc sử dụng của các bản tin trả lời tạm thời có độ

tin cậy Trong hình 2.7, khi một UA Server gửi một bản tin trả lời tạm thời 180 Ringing (5) , nó sẽ truyền lại cho tới khi có một bản tin PRACK request đến (PRACK request là bản tin xác nhận thông tin các bản tin trả lời đã được nhận bởi UA Client)

Trang 35

Tiền điều kiện (Precondition): Ở một mức độ nào đó điều kiện để phiên được

thiết lập là người bị gọi chấp nhận lời mời và UA Server hỗ trợ các mở rộng được yêu cầu bởi UA Client Tuy nhiên, một số Client yêu cầu một số tiền điều khiện cần được thoả mãn trước khi thiết lập phiên Chẳng hạn, một người dùng

có thể nói chuyện với người dùng khác với điều kiện là chất lượng thoại có thể chấp nhận được Trong trường hợp này, nếu mạng không đảm bảo một mức QoS nào đó cho toàn bộ phiên, người gọi sẽ không thích thiết lập phiên truyền thông đó Mở rộng này sẽ cho phép các UA yêu cầu các tiền điều kiện Mở rộng

này với option tag của nó là precondition

- Thông báo sự kiện: Cho phép sử dụng SIP để thu được trạng thái của một tài

nguyên mạng và theo dõi những thay đổi trong trạng thái đó Chẳng hạn, ở một thời điểm đã cho, trạng thái hiện diện của Alice là “online” Khi cô ấy logoff khởi máy tính, trạng thái hiện diện của cô ấy sẽ thay đổi thành “offline” Trong

ví dụ này, tài nguyên là Alice (sự hiện diện của cô ấy) và thông tin trạng thái là thông tin về sự hiện diện đó

- Định nghĩa phương thức mới: Bổ sung vào các option tag, SIP có thể được

mở rộng bởi việc định nghĩa các phương thức mới Có khá nhiều phương thức được định nghĩa cho SIP, nhưng SIP lõi chỉ sử dụng một phần trong số đó (INVITE, ACK, CANCEL, BYE) Phần còn lại được sử dụng như là các mở rộng của SIP Trong phiên hội thoại SIP, các UA cần biết phương thức nào đầu cuối bên kia có thể hiểu Với mục đích này, mỗi UA chứa trường tiêu đề Allow trong các bản tin của chúng liệt kê tất cả phương thức mà nó hỗ trợ Một ví dụ của trường tiêu đề Allow là:

Allow: INVITE, ACK, CANCEL, OPTIONS, BYE

2.9 Kết luận

Hai chương đầu cung cấp một cái nhìn tổng quan về IMS và SIP bao gồm các thành phần trong phân hệ IMS, chức năng của mỗi thành phần và giao thức được lựa chọn để thực hiện giao tiếp giữa các thành phần đó Khuôn dạng của bản tin SIP, một

số trường tiêu đề và ý nghĩa của nó cũng đã được đề cập Tuy nhiên, quá trình thiết lập phiên đòi hỏi thêm một số trường tiêu đề mở rộng trong SIP bởi có một số ý nghĩa trong các thành phần chức năng không thể dựa trên những gì đã được định nghĩa trong SIP Core Nội dung chương 3 - điều khiển thiết lập phiên trong phân hệ IMS sẽ tập trung làm rõ điều đó

Trang 36

Đồ án tốt nghiệp đại học Điều khiển thiết lập phiên trong phân hệ IMS

CHƯƠNG III: ĐIỀU KHIỂN THIẾT LẬP PHIÊN TRONG

PHÂN HỆ IMS

3GPP định nghĩa một số các ứng dụng của SIP sử dụng trong môi trường vô tuyến Trong trường hợp này, SIP được sử dụng dựa trên nền tảng của mạng chuyển mạch gói thông qua việc định nghĩa thêm một số các điều kiện ràng buộc nhất định nhằm điều chỉnh SIP phù hợp với các mạng 3GPP Và 3GPP cũng là tổ chức được giao nhiệm vụ sử dụng một số các tùy chọn và mở rộng của SIP với một số giao thức khác để thực thi các giải pháp trong môi trường không dây

Ở cùng thời điểm đó, IETF cũng đang thực hiện một số sửa đổi và mở rộng trên giao thức SIP (RFC 254 và RFC 3261) nhằm đánh giá thêm hoạt động của giao thức SIP trong môi trường không dây Môi trường không dây có một số các yêu cầu khắt khe đối với các giao thức điều khiển phiên truyền thông như SIP Các yêu cầu này bao gồm yêu cầu về tăng cường bảo mật trong môi trường vốn nhạy cảm với nguy cơ tấn công, yêu cầu về khả năng cung cấp cùng dịch vụ mà không cần quan tâm đến vị trí của thiết bị di động được đặt ở mạng thường trú hay đang chuyển vùng (roaming) tới mạng tạm trú khác

Chương này sẽ tập trung mô tả SIP được sử dụng như thế nào để điều khiển phiên trong mạng IMS và cũng là nội dung trọng tâm của đồ án

3.1 Những yêu cầu đầu tiên cho sự hoạt động trong phân hệ IMS

Trước khi thiết bị đầu cuối IMS thực hiện bất kỳ hoạt động nào liên quan đến phân hệ IMS, có một số yêu cầu phải được thoả mãn Hình 3.1mô tả đầy đủ về các yêu cầu đó

Thứ nhất, nhà cung cấp dịch vụ IMS phải cấp phép cho người dùng cuối sử dụng dịch vụ IMS Điều này thông thường được thực hiện thông qua một hợp đồng đăng ký hay một bản giao kèo được ký kết giữa nhà vận hành mạng IMS và người dùng Hợp đồng này tương tự như hợp đồng đăng ký thuê bao nhằm cho phép người dùng thiết lập hay nhận một cuộc gọi từ điện thoại qua mạng không dây

Thứ hai, thiết bị đầu cuối IMS cần phải truy nhập vào mạng IP-CAN (mạng truy nhập kết nối IP) như GPRS (trong mạng GSM/UMTS), xDSL, WLAN… Mạng IP-CAN sẽ cung cấp truy nhập đến mạng thường trú IMS hay đến một mạng tạm trú IMS Điều này cũng đồng nghĩa với việc thiết bị đầu cuối IMS cần có một địa chỉ IP

Thứ ba, thiết bị đầu cuối IMS cần thực hiện thủ tục tìm kiếm địa chỉ của P-CSCF đóng vai trò như một SIP proxy cho luồng vào và luồng ra Tất cả báo hiệu SIP được gửi đi hay nhận về bởi thiết bị đầu cuối IMS sẽ đi qua P-CSCF này P-CSCF được cấp

Trang 37

phát cố định trong quá trình đăng ký IMS, một thủ tục thông thường được kích hoạt khi đầu cuối IMS bật nguồn Phụ thuộc vào mạng truy nhập kết nối IP (IP-CAN), thủ tục tìm kiếm P-CSCF có thể diễn ra như một thành phần của quá trình thiết lập kết nối

IP hay cũng có thể là một thủ tục riêng rẽ Một thủ tục riêng sẽ tìm kiếm P-CSCF bằng việc sử dụng DHCP cho IPv4 hay DHCPv6 cho IPv6

Hình 3.1 Mô tả những điều kiện cần để thực hiện dịch vụ IMS.

Cuối cùng, thiết bị đầu cuối IMS sẽ đăng ký ở mức ứng dụng SIP với mạng IMS Điều này được thực hiện thông qua một thủ tục đăng ký SIP thông thường Thiết bị đầu cuối IMS cần đăng ký với phân hệ IMS trước khi khởi tạo hay nhận bất kỳ một báo hiệu SIP nào khác Thủ tục đăng ký này cho phép mạng IMS xác định vị trí của người dùng (nghĩa là IMS sẽ biết được địa chỉ IP của thiết bị đầu cuối) Nó cũng cho phép mạng IMS nhận thực người dùng, thiết lập các liên kết bảo mật, và cấp phép quyền thiết lập các phiên truyền thông

3.1.1 Mạng truy nhập kết nối IP

Có rất nhiều loại mạng truy nhập kết nối IP (IP-CAN) Một số ví dụ của mạng truy nhập kết nối IP trong môi trường cố định bao gồm các đường dây thuê bao số (DSL), các đường Dial-up, các mạng LAN Enterprise,… Và trong môi trường không dây, chúng ta có các mạng truy nhập dịch vụ dữ liệu gói GPRS hay các mạng truy nhập không dây nội bộ WLAN Các thủ tục để đăng ký và yêu cầu địa chỉ IP là khác

Trang 38

nhau đối với các mạng IP-CAN khác nhau Chẳng hạn, trong GPRS, thiết bị đầu cuối IMS đầu tiên phải tiến hành một tập các thủ tục, gọi là các thủ tục GPRS Attach Các thủ tục này liên quan đến một số các node trong mạng mạng, phân bố từ SGSN đến HLR và đến GGSN Hình 3.2 mô tả thủ tục truy nhập kết nối IP trong GPRS của thiết

bị đầu cuối IMS với các node mạng tham gia là SGSN và GGSN

Hình 3.2 Mô tả truy nhập kết nối IP trong GPRS.

Sau khi các thủ tục GPRS Attach hoàn tất, thiết bị đầu cuối sẽ gửi một bản tin yêu cầu kích hoạt PDP Context (PDP-Giao thức dữ liệu gói, một giao thức quy định việc gửi và nhận thông tin của UE trong mạng GPRS) đến SGSN Mục đích của bản tin này là yêu cầu kết nối đến máy chủ dịch vụ trong mạng GPRS và loại kết nối yêu cầu Trong trường hợp của thiết bị đầu cuối IMS, yêu cầu chỉ ra kết nối được mong đợi đến mạng IMS và chỉ ra đó là kết nối IPv4 hay là IPv6 SGSN, phụ thuộc vào loại kết nối mạng, sẽ chọn ra một GGSN thích hợp SGSN sau đó sẽ gửi một bản tin yêu cầu tạo PDP context đến GGSN và GGSN sẽ chịu trách nhiệm cấp phát các địa chỉ IP Trong trường hợp thiết bị đầu cuối yêu cầu một kết nối IPv6, GGSN sẽ không cung cấp cho đầu cuối một địa chỉ IP thuộc về một không gian địa chỉ trên IMS Thay vào đó, GGSN sẽ cung cấp cho thiết bị đầu cuối một tiền tố IPv6 64-bit và gói nó trong một bản tin trả lời yêu cầu tạo PDP context SGSN sẽ chuyển tiếp tiền tố IPv6 này trong một bản tin chấp nhận kích hoạt PDP context Khi thủ tục này hoàn tất, thiết

bị đầu cuối IMS sẽ nhận được một tiền tố IPv6 64-bit, và lúc này thiết bị đầu cuối có thể chọn bất kỳ hậu tố IPv6 nào Cùng với nhau, chúng tạo thành địa chỉ IPv6 128-bit -

là địa chỉ IPv6 mà thiết bị đầu cuối sẽ sử dụng cho việc truyền lưu lượng IMS của nó Còn nếu thiết bị đầu cuối yêu cầu một kết nối IPv4, GGSN sẽ cung cấp cho thiết bị đầu cuối đó một địa chỉ IPv4

Trang 39

Khi mạng truy nhập kết nối IP không phải là GPRS, giao thức được sử dụng để cấu hình thiết bị đầu cuối IMS sẽ là DHCP hay DHCPv6 cho phiên bản IPv6 DHCP được sử dụng để gửi các tham số cấu hình đến thiết bị đầu cuối Mục đích chính của

nó là để cung cấp cho thiết bị đầu cuối một địa chỉ IP Ngoài ra thiết bị đầu cuối cũng

có thể nhận được dữ liệu cấu hình từ một SIP proxy luồng ra hoặc từ một HTTP proxy server

Thủ tục để kết nối mạng truy nhập IP có thể sẽ cần đăng ký và phải trả phí dưới một số hình thức Nó có thể ở dạng người dùng login vào một trang web và yêu cầu phải có username và password hay yêu cầu thẻ tín dụng để chi trả cho việc sử dụng dịch vụ

Thủ tục tìm kiếm P-CSCF có thể được tiến hành theo hai cách khác nhau:

(a) Kết hợp vào thủ tục truy nhập IP-CAN

(b) Đóng vai trò như một thủ tục riêng rẽ

Phiên bản kết hợp tìm kiếm P-CSCF phụ thuộc vào loại mạng truy nhập kết nối

IP (IP-CAN) Nếu IP-CAN là một mạng GPRS, mỗi khi thủ tục GPRS Attach hoàn tất, thiết bị đầu cuối sẽ được cấp phép sử dụng mạng GPRS Sau đó, thiết bị đầu cuối IMS

sẽ tiến hành thủ tục kích hoạt PDP context Trong trường hợp này, thiết bị đầu cuối IMS sẽ tìm kiếm địa chỉ IP từ P-CSCF để từ đó gửi đi các yêu cầu SIP

Phiên bản độc lập của thủ tục tìm kiếm P-CSCF là dựa trên việc sử dụng DHCP

và DNS Trong DHCPv6, thiết bị đầu cuối không cần biết địa chỉ của DHCP server bởi vì nó có thể gửi bản tin DHCP của nó đến một địa chỉ multicast được dành trước Nếu DHCP được sử dụng cho IPv4, thiết bị đầu cuối sẽ quảng bá một bản tin tìm kiếm trên subnet vật lý cục bộ của nó Trong một số cấu hình, một số DHCP trung gian có thể chuyển tiếp các bản tin DCHP đến mạng thích hợp, mặc dù sự hiện diện của DHCP chuyển tiếp là trong suốt với thiết bị đầu cuối

Thủ tục cho DHCPv6 được mô tả trong các bước (1) và (2) của hình 3.3

Trong hình 3.3, mỗi khi thiết bị đầu cuối nhận một kết nối đến IP-CAN, thiết bị đầu cuối IMS sẽ gửi một bản tin yêu cầu thông tin DHCPv6 (1) trong đó nó yêu cầu

các Option cho danh mục tên miền các SIP server Trong trường hợp của IMS,

P-CSCF sẽ thực hiện vai trò của một server SIP proxy luồng vào/luồng ra, vì thế server

Trang 40

DHCP sẽ trả về một bản tin trả lời (2) chứa danh mục tên miền hay địa chỉ của một hay nhiều P-CSCF có khả năng Thiết bị đầu cuối sẽ yêu cầu phân giải ít nhất một trong tên miền đó thành một địa chỉ IPv6

Hình 3.3 Thủ tục tìm kiếm P-CSCF dựa trên DHCP và DNS.

Một hội thoại dạng truy vấn/trả lời với DNS sẽ phân giải tên miền P-CSCF Nhưng trước khi tương tác DNS, thiết bị đầu cuối IMS cần nhận địa chỉ của một hay nhiều server DNS để gửi các bản tin DNS đến đó Để giải quyết vấn đề này, bản tin

DHCP Information-Request không chỉ chứa yêu cầu với Option cho các SIP server mà còn chứa một yêu cầu cho Option DNS Bản tin trả lời DHCP (2) sẽ gồm một danh

sách các địa chỉ IPv6 của các server DNS, bổ sung vào tên miền của P-CSCF Sau đó, thiết bị đầu cuối IMS sẽ truy vấn server DNS vừa học được để phân giải tên miền P-CSCF vào một hay nhiều địa chỉ IPv6 Tuy nhiên, nếu thiết bị đầu cuối IMS nhận trực tiếp một hay nhiều địa chỉ IPv6, tương tác DNS là không cần thiết

Cuối cùng, thiết bị đầu cuối IMS sẽ tìm kiếm địa chỉ IP của P-CSCF và có thể gửi báo hiệu SIP đến P-CSCF được cấp phát cho nó P-CSCF sẽ chịu trách nhiệm chuyển tiếp báo hiệu SIP đến hop tiếp theo P-CSCF đã được cấp phát đến thiết bị đầu cuối IMS đó sẽ không thay đổi cho đến thủ tục tìm kiếm P-CSCF kế tiếp Thủ tục này thông thường xảy ra khi thiết bị đầu cuối được bật lên hoặc trong điều kiện lỗi rất xấu

3.1.3 Đăng ký mức IMS (mức ứng dụng)

Mỗi lần thiết bị đầu cuối IMS được cấp phát địa chỉ IPv4 hoặc xây dựng được một địa chỉ IPv6, và hoàn tất thủ tục tìm kiếm P-CSCF, thiết bị đầu cuối IMS sẽ bắt đầu đăng ký ở mức IMS Đăng ký ở mức IMS là một thủ tục trong đó người dùng IMS

sẽ yêu cầu cấp phép để sử dụng các dịch vụ của IMS Mạng IMS sẽ nhận thực và cấp quyền cho người dùng truy nhập vào mạng Đăng ký ở mức IMS được thực hiện bởi

Tiêu đề	Điều Khiển Thiết Lập Phiên Trong Phân Hệ IMS
Tác giả	Nguyễn Trọng Toàn
Người hướng dẫn	ThS. Nguyễn Thị Thu Hằng
Trường học	Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Chuyên ngành	Điện tử – Viễn thông
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp đại học
Năm xuất bản	2008
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	4,45 MB